基于电离层传播路径建模的短波未知辐射源传感器网络TDOA定位的求解方法

【摘要】：短波通信无论在军用还是民用领域都发挥着不可替代的作用,短波未知辐射源的位置信息具有十分重要的价值,研究短波通信中未知辐射源定位的理论和方法有着非常重要的意义。论文主要研究在电离层电子浓度均匀分层结构时,基于传播路径建模的短波未知辐射源传感器网络到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)的定位问题。论文的主要工作和贡献包括:1)在短波基于电离层传播路径时延建模的基础上,本文结合到达时间差定位理论对短波未知辐射源的定位问题进行了建模,最终将其描述为一个复杂的非线性优化问题。2)推导出了这一短波未知辐射源定位问题的克拉美-罗界(Cramer-Rao Bound,CRB)的计算公式,通过数据仿真分析了本文提出的短波未知辐射源定位方法的极限性能。3)提出了一种解决基于电离层传播路径建模的短波未知辐射源传感器网络TDOA定位的求解方法。其中,使用的数学方法包括:最小二乘法、坐标轮换法和牛顿二阶迭代算法。最后,再将短波未知辐射源的定位问题描述为一个半正定规划问题,并利用仿真工具得到短波未知辐射源的位置估计值。4)研究了在电离层参数未知情况下,短波未知辐射源和电离层参数的联合估计问题。在不同的情景下,通过蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)模拟实验进行大量数据仿真。分析结果表明,本文提出的基于电离层传播路径建模的短波未知辐射源传感器网络到达时间差定位的求解方法有较高的定位精度。即使在TDOA测量值误差较大时,也可以取得良好的辐射源位置估计值。